Aufklärung des Effekts von Nrf2 auf parodontale Erkrankungen in vitro

Al Asmi, Mohammad Nour; Pufe, Thomas; Conrads, Georg

doi:44256

Aufklärung des Effekts von Nrf2 auf parodontale Erkrankungen in vitro = Elucidation of the effect of Nrf2 on periodontal diseases in vitro

Al Asmi, Mohammad Nour^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mohammad Nour Al Asmi

ImpressumAachen 2025

UmfangVI, 74 Seiten : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Pufe, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Conrads, Georg (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-05-06

Online
URL: https://digitale-objekte.hbz-nrw.de/storage2/2025/07/26/file_7/9895132.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehrstuhl für Anatomie und Zellbiologie (511001-5 ; 921210)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Lipopolysaccharide (frei) ; Nrf2 (frei) ; Parodontitis (frei) ; Porphyromonas gingivalis (frei) ; methysticin (frei) ; reactive oxygen species (frei) ; reaktiven Sauerstoffspezies (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Parodontalerkrankungen (PD) zählen weltweit zu den bedeutendsten Gesundheitsproblemen. Sie werden durch bakterielle Infektionen verursacht, u.a. durch Porphyromonas gingivalis (P. g.). Diese können das parodontale Ligament und den Alveolarknochen schädigen und zu Zahnverlust und erheblicher Beeinträchtigung der Lebensqualität führen. Das Lipopolysaccharid (LPS) aus P. g. gilt als kritischer Faktor in der PD-Entstehung und -Entwicklung, da es die Bildung von intrazellulären reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) induziert. Die Anhäufung von ROS führt zu oxidativem Stress, der das Fortschreiten der PD beeinflusst und den nuclear factor erythroid-derived 2-related factor 2 (Nrf2) abbaut. Nrf2 spielt eine wichtige Rolle bei der Knochenheilung. In dieser Studie untersuchen wir die Auswirkung von LPS-P. g. als ROS-Induktor und Methysticin als Nrf2-Auslöser auf die Proliferation und die Mineralisation der Präosteoblasten vom Stamm MC3T3-E1 (subclone 4). Die Zellen wurden in α-MEM kultiviert und mit LPS-P. g. (STD und ULT) stimuliert. Die NF-κB-Aktivität wurde mittels Dual Luciferase Assays bestimmt. Durch CyQUANT® Cell Assay wurden die Zellproliferation und die Zytotoxizität bewertet. Die Mineralisation wurde anhand der Alizarinrot-Färbung von Kalziumablagerungen nach einem 28-tägigen Differenzierungsprozess beurteilt und die ALP-Aktivität wurde gemessen. Anschließend wurde die Proteinkonzentration von IL-6, IL-1ß, VEGF und TNF-α mittels Sandwich-ELISAs bestimmt. Als Ergebnis zeigte sich eine schwache Aktivierung von NF-κB in MC3T3-E1 Zellen im Vergleich zu RAW 264,7 Makrophagen nach Stimulation mit 1µg/ml LPS-P. g. (STD). LPS-P. g. (STD und ULT) hatte keine hemmende Wirkung auf die Zellproliferation. Jedoch konnte LPS P. g. (STD) die Differenzierung der MC3T3-E1 Zellen und deren ALP-Aktivität hemmen. Methysticin hingegen wirkte sich positiv auf die ALP-Aktivität und auf die Mineralisation aus. Die Injektion von LPS-P. g. (STD) erhöhte die IL-6-Expression und verringerte die VEGF-Expression. Zusammenfassend liegt die verwendete Konzentration von 1µg/ml LPS-P. g. (STD) sehr weit über dem physiologischen Bereich und könnte die verringerte Mineralisation der MC3T3-E1 Zellen durch Entzündungen oder durch eine erhöhte Bildung von ROS verursachen. Methysticin könnte aufgrund seiner antioxidativen Eigenschaften potenziell in der Zukunft ein Wirkstoff für die Entwicklung eines neuen Medikaments zur Behandlung bzw. zur Prävention von PD sein. In der gesamten Bewertung ist allerdings seine Toxizität zu berücksichtigen.

Periodontal diseases (PD) are among the most significant health issues worldwide. They are caused by bacterial infections, including Porphyromonas gingivalis (P. g.), which can damage the periodontal ligament and alveolar bone, leading to tooth loss and a significant reduction in quality of life. Lipopolysaccharide (LPS) from P. g. is considered a critical factor in the onset and development of PD, as it induces the formation of intracellular reactive oxygen species (ROS). The accumulation of ROS leads to oxidative stress, influencing the progression of PD and degrading nuclear factor erythroid-derived 2-related factor 2 (Nrf2), which plays a crucial role in bone healing. This study investigates the impact of LPS-P. g. as an ROS inducer and methysticin as an Nrf2 activator on the proliferation and mineralization of preosteoblasts from the MC3T3-E1 (subclone 4) cell line. Cells were cultured in α-MEM and stimulated with LPS-P. g. (STD and ULT). NF-κB activity was determined using a dual luciferase assay, while cell proliferation and cytotoxicity were assessed using the CyQUANT® Cell Assay. Mineralization was evaluated by Alizarin Red staining of calcium deposits after a 28-day differentiation process, and ALP activity was measured. The protein concentration of IL-6, IL-1ß, VEGF, and TNF-α was determined using sandwich ELISAs. Results showed weak activation of NF-κB in MC3T3-E1 cells compared to RAW 264.7 macrophages after stimulation with 1µg/ml LPS-P. g. (STD). LPS-P. g. (STD and ULT) had no inhibitory effect on cell proliferation. However, LPS P. g. (STD) could inhibit the differentiation of MC3T3-E1 cells and their ALP activity. Conversely, methysticin positively affected ALP activity and mineralization. Injection of LPS-P. g. (STD) increased IL-6 expression and decreased VEGF expression. In summary, the concentration of 1µg/ml LPS-P. g. (STD) used is significantly above the physiological range and could cause decreased mineralization of MC3T3-E1 cells due to inflammation or increased ROS formation. Methysticin, due to its antioxidative properties, could potentially be developed as a drug for the treatment or prevention of PD in the future. However, its toxicity needs to be considered in the overall assessment.

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